特開2018-31747(P2018-31747A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-31747(P2018-31747A)
(43)【公開日】2018年3月1日
(54)【発明の名称】三次元測定装置
(51)【国際特許分類】
   G01B 21/20 20060101AFI20180202BHJP
   G01B 11/25 20060101ALI20180202BHJP
   G06T 1/00 20060101ALI20180202BHJP
   G06T 7/62 20170101ALI20180202BHJP
【FI】
   G01B21/20 C
   G01B11/25 H
   G06T1/00 315
   G06T7/60 150J
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
【全頁数】38
(21)【出願番号】特願2016-166267(P2016-166267)
(22)【出願日】2016年8月26日
(71)【出願人】
【識別番号】000129253
【氏名又は名称】株式会社キーエンス
【住所又は居所】大阪府大阪市東淀川区東中島1丁目3番14号
(74)【代理人】
【識別番号】100107847
【弁理士】
【氏名又は名称】大槻 聡
(72)【発明者】
【氏名】田淵 潤
【住所又は居所】大阪府大阪市東淀川区東中島1丁目3番14号 株式会社キーエンス内
(72)【発明者】
【氏名】中務 貴司
【住所又は居所】大阪府大阪市東淀川区東中島1丁目3番14号 株式会社キーエンス内
【テーマコード(参考)】
2F065
2F069
5B057
5L096
【Fターム(参考)】
2F065AA04
2F065AA09
2F065AA14
2F065AA20
2F065AA21
2F065AA31
2F065AA52
2F065AA53
2F065BB05
2F065DD02
2F065DD06
2F065FF01
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2F065FF09
2F065FF26
2F065GG02
2F065GG07
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2F065HH06
2F065HH07
2F065HH14
2F065JJ03
2F065JJ26
2F065LL18
2F065NN02
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2F065PP12
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2F065UU05
2F069AA15
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2F069DD08
2F069DD25
2F069GG04
2F069GG07
2F069GG71
2F069GG72
2F069HH30
2F069JJ17
2F069NN09
2F069NN13
2F069QQ01
2F069QQ05
2F069QQ07
5B057BA02
5B057CA02
5B057CA08
5B057CA12
5B057CA16
5B057CB02
5B057CB08
5B057CB13
5B057CB16
5B057CD01
5B057CD14
5B057DA07
5B057DB02
5B057DB05
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5L096AA03
5L096AA09
5L096CA02
5L096CA17
5L096CA22
5L096CA24
5L096FA06
5L096FA64
5L096FA69
5L096FA76
5L096HA07
(57)【要約】
【課題】 略同一形状の複数の測定対象物について寸法測定を繰り返す際の操作性を向上させることができる三次元測定装置を提供する。
【解決手段】 表示中の雛型立体形状画像について寸法測定を行う寸法値算出手段と、表示中の雛型立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第1幾何要素を特定し、表示中の測定立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第2幾何要素を特定する幾何要素抽出手段と、雛型立体形状データ、及び、雛型立体形状画像に対して行われた寸法測定のための操作手順をテンプレートとして記憶するテンプレート記憶手段と、雛型立体形状データ及び測定立体形状データの相対的な位置関係を特定する位置関係特定手段により構成される。幾何要素抽出手段は、相対的な位置関係及びテンプレートに基づいて、測定立体形状上の幾何要素を特定し、寸法値算出手段は、相対的な位置関係及びテンプレートに基づいて、測定立体形状の寸法測定を行う。
【選択図】 図30
【特許請求の範囲】
【請求項1】
略同一形状の複数の測定対象物について寸法測定を繰り返す際の雛型とする雛型立体形状データを保持する形状データ記憶手段と、
三次元空間における複数の測定点の位置情報を測定し、測定対象物の立体形状を表す測定立体形状データを生成する形状データ生成手段と、
上記雛型立体形状データに対応する雛型立体形状画像、及び、上記測定立体形状データに対応する測定立体形状画像を表示する立体形状表示手段と、
表示中の上記雛型立体形状画像について寸法測定を行い、寸法値を求める寸法値算出手段と、
表示中の上記雛型立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第1幾何要素を特定し、表示中の上記測定立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第2幾何要素を特定する幾何要素抽出手段と、
上記雛型立体形状データ、及び、上記雛型立体形状画像に対して行われた寸法測定のための操作手順をテンプレートとして記憶するテンプレート記憶手段と、
上記第1幾何要素及び上記第2幾何要素に基づいて、上記雛型立体形状データ及び上記測定立体形状データの相対的な位置関係を特定する位置関係特定手段とを備え、
上記幾何要素抽出手段は、上記相対的な位置関係及び上記テンプレートに基づいて、測定立体形状上の幾何要素を特定し、
上記寸法値算出手段は、上記相対的な位置関係及び上記テンプレートに基づいて、上記測定立体形状の寸法測定を行うことを特徴とする三次元測定装置。
【請求項2】
上記立体形状表示手段は、上記相対的な位置関係に基づいて、上記第1幾何要素及び上記第2幾何要素が一致するように、上記雛型立体形状画像及び上記測定立体形状画像を重ねて表示し、
上記寸法値算出手段は、計測開始の指示に基づいて、上記テンプレートに基づく上記測定立体形状の寸法測定を開始することを特徴とする請求項1に記載の三次元測定装置。
【請求項3】
上記雛型立体形状画像に対し、基準平面を指定する基準平面指定手段と、
表示画面内における切断線の指定を受け付ける切断線指定手段と、
上記雛型立体形状データに基づいて、上記切断線を含んで上記表示画面に垂直な切断面により雛型立体形状を切断した場合の断面形状を表す雛型断面プロファイルを取得するプロファイル取得手段とを更に備え、
上記立体形状表示手段は、上記基準平面の法線が上記表示画面と直交し、或いは、上記表示画面の縦方向又は横方向と平行になるように、上記雛型立体形状を回転させ、
上記プロファイル取得手段は、回転後の上記雛型立体形状を上記切断面により切断して上記雛型断面プロファイルを取得し、
上記寸法値算出手段は、上記雛型断面プロファイルに基づいて、寸法測定を行うことを特徴とする請求項2に記載の三次元測定装置。
【請求項4】
上記寸法値算出手段は、上記テンプレートに基づく上記測定立体形状の寸法測定の後、幾何要素が指定されれば、該当する測定箇所について、上記測定立体形状の寸法測定を行い、寸法値を求めることを特徴とする請求項1又は2に記載の三次元測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、三次元測定装置に係り、さらに詳しくは、測定対象物の立体形状を測定する三次元測定装置の改良に関する。
【背景技術】
【0002】
三次元測定装置は、測定対象物の形状や寸法を三次元的に測定する測定器であり、三角測距の原理等を利用して、三次元空間における多数の測定点の位置情報を測定し、測定対象物の立体形状を表す立体形状データを取得することができる。例えば、ステージ上に載置された測定対象物に対し、縞状のパターン光を投影し、この状態でステージ上の測定対象物がカメラにより撮影される。測定対象物の高さ情報は、撮影画像を解析し、パターンのずれやゆがみ具合から求められる。
【0003】
この様にして取得した立体形状データに基づいて、測定対象物の立体形状が画面に表示される。寸法測定は、例えば、測定箇所の幾何要素やその形状を指定して幾何要素を抽出し、幾何要素間の距離や角度を求めることによって行われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述した様な従来の三次元測定装置では、略同一形状の複数の測定対象物を順次に測定して複数の立体形状データを取得した後、これらの立体形状データに基づいて寸法測定を行う場合、測定対象物ごとに、測定箇所の幾何要素やその形状、寸法種別等を指定する必要があった。このため、同じような操作手順を繰り返さなければならず、煩雑であるという問題があった。また、測定回数が増えれば、操作ミスが生じる可能も考えられる。
【0005】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、略同一形状の複数の測定対象物について寸法測定を繰り返す際の操作性を向上させることができる三次元測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第1の態様による三次元測定装置は、略同一形状の複数の測定対象物について寸法測定を繰り返す際の雛型とする雛型立体形状データを保持する形状データ記憶手段と、三次元空間における複数の測定点の位置情報を測定し、測定対象物の立体形状を表す測定立体形状データを生成する形状データ生成手段と、上記雛型立体形状データに対応する雛型立体形状画像、及び、上記測定立体形状データに対応する測定立体形状画像を表示する立体形状表示手段と、表示中の上記雛型立体形状画像について寸法測定を行い、寸法値を求める寸法値算出手段と、表示中の上記雛型立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第1幾何要素を特定し、表示中の上記測定立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第2幾何要素を特定する幾何要素抽出手段と、上記雛型立体形状データ、及び、上記雛型立体形状画像に対して行われた寸法測定のための操作手順をテンプレートとして記憶するテンプレート記憶手段と、上記第1幾何要素及び上記第2幾何要素に基づいて、上記雛型立体形状データ及び上記測定立体形状データの相対的な位置関係を特定する位置関係特定手段とを備える。上記幾何要素抽出手段は、上記相対的な位置関係及び上記テンプレートに基づいて、測定立体形状上の幾何要素を特定し、上記寸法値算出手段は、上記相対的な位置関係及び上記テンプレートに基づいて、上記測定立体形状の寸法測定を行う。
【0007】
この様な構成によれば、雛型立体形状データと雛型立体形状画像に対して行われた寸法測定のための操作手順とがテンプレートとして記憶されるため、測定対象物ごとに、測定箇所の幾何要素や寸法種別を指定する手間を省くことができる。また、表示中の雛型立体形状画像及び測定立体形状画像に対して位置を指定することにより、第1幾何要素及び第2幾何要素を特定して雛型立体形状データ及び測定立体形状データの相対的な位置関係が特定されるため、測定立体形状から測定箇所の幾何要素を正確に特定して寸法測定を行うことができる。
【0008】
本発明の第2の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記立体形状表示手段が、上記相対的な位置関係に基づいて、上記第1幾何要素及び上記第2幾何要素が一致するように、上記雛型立体形状画像及び上記測定立体形状画像を重ねて表示し、上記寸法値算出手段が、計測開始の指示に基づいて、上記テンプレートに基づく上記測定立体形状の寸法測定を開始するように構成される。
【0009】
この様な構成によれば、雛型立体形状画像及び測定立体形状画像が重ねて表示されるため、第1幾何要素及び第2幾何要素による位置合わせの適否を容易に識別することができる。また、計測開始の指示に基づいて、テンプレートに基づく測定立体形状の寸法測定が開始されるため、第1幾何要素及び第2幾何要素による位置合わせが適切でないにもかかわらず、テンプレートに基づく測定立体形状の寸法測定が行われるのを防止することができる。
【0010】
本発明の第3の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記雛型立体形状画像に対し、基準平面を指定する基準平面指定手段と、表示画面内における切断線の指定を受け付ける切断線指定手段と、上記雛型立体形状データに基づいて、上記切断線を含んで上記表示画面に垂直な切断面により雛型立体形状を切断した場合の断面形状を表す雛型断面プロファイルを取得するプロファイル取得手段とを更に備え、上記立体形状表示手段が、上記基準平面の法線が上記表示画面と直交し、或いは、上記表示画面の縦方向又は横方向と平行になるように、上記雛型立体形状を回転させ、上記プロファイル取得手段が、回転後の上記雛型立体形状を上記切断面により切断して上記雛型断面プロファイルを取得し、上記寸法値算出手段が、上記雛型断面プロファイルに基づいて、寸法測定を行うように構成される。
【0011】
この様な構成によれば、基準平面が表示画面に対して特定の姿勢になるため、雛型立体形状を切断線により切断した場合の切断面として所望の切断面を得るには、どの様な切断線でどこを切断すればよいのかを直感的に理解することができる。また、切断線は、表示画面内における一次元の幾何学図形であり、切断面が表示画面に垂直であることから、三次元空間内で二次元の切断面を直接に指定する場合に比べ、切断面の指定を容易化することができる。さらに、所望の切断面による雛型断面プロファイルに基づいて寸法測定を行うため、測定箇所、測定要素の形状及び寸法種別の指定を直感的に行うことができる。ここで、一次元の幾何学図形には、直線、折れ線、曲線及びその組み合わせ等の線が含まれる。
【0012】
本発明の第4の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記寸法値算出手段が、上記テンプレートに基づく上記測定立体形状の寸法測定の後、幾何要素が指定されれば、該当する測定箇所について、上記測定立体形状の寸法測定を行い、寸法値を求めるように構成される。この様な構成によれば、テンプレートに基づく測定立体形状の寸法測定の後、測定箇所を新たに追加して寸法値を取得し、或いは、特定の測定箇所について寸法測定をやり直すことができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、雛型立体形状データと雛型立体形状画像に対して行われた寸法測定のための操作手順とがテンプレートとして記憶され、測定対象物ごとに、測定箇所の幾何要素や寸法種別を指定しなくてもよいため、略同一形状の複数の測定対象物について寸法測定を繰り返す際の操作性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】本発明の実施の形態1による三次元測定装置1の一構成例を示したシステム図である。
図2図1の測定部2の一構成例を模式的に示した説明図である。
図3】三次元測定装置1における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。
図4図3のステップS101(投光照明の明るさ調整)について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。
図5図3のステップS102(テクスチャ照明の明るさ調整)について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。
図6図3のステップS113(データ解析)について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。
図7図1の情報処理端末5内の機能構成の一例を示したブロック図である。
図8図7の情報処理端末5における基準平面の設定時の動作の一例を示した図である。
図9図7の情報処理端末5における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、表示中の立体形状から基準平面8を抽出した後の計測画面6が示されている。
図10図7の情報処理端末5における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、基準平面8を正対させた後の計測画面6が示されている。
図11図7の情報処理端末5における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、基準平面8を横方向に向けた場合の計測画面6が示されている。
図12図7の情報処理端末5における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、基準平面8を縦方向に向けた場合の計測画面6が示されている。
図13図7の情報処理端末5における断面計測時の動作の一例を示した図である。
図14図7の情報処理端末5における断面計測時の動作の一例を示した図であり、立体形状から抽出した幾何要素を利用して切断線93を指定する場合が示されている。
図15図7の情報処理端末5におけるレポートファイル出力時の動作の一例を示した図である。
図16図7の情報処理端末5における断面計測時の動作の一例を示したフローチャートである。
図17】本発明の実施の形態2による三次元測定装置1の一構成例を示したブロック図であり、断面比較機能を有する情報処理端末500が示されている。
図18図17の情報処理端末500における位置合わせ時の動作の一例を示した図であり、表示部51に表示される位置合わせ画面300が示されている。
図19図17の情報処理端末500における位置合わせ時の動作の一例を示した図であり、測定データから第1幾何要素310を抽出した後の状態が示されている。
図20図17の情報処理端末500における位置合わせ時の動作の一例を示した図であり、基準データから第2幾何要素311を抽出した後の状態が示されている。
図21図17の情報処理端末500における位置合わせ時の動作の一例を示した図であり、1組目の幾何要素による位置合わせ完了後の状態が示されている。
図22図17の情報処理端末500における断面比較時の動作の一例を示した図であり、表示部51に表示される計測画面320が示されている。
図23図17の情報処理端末500における断面比較時の動作の一例を示した図であり、計測画面320上に表示されたプロファイル選択画面328が示されている。
図24図17の情報処理端末500における断面比較時の動作の一例を示した図であり、プロファイル312に対して注目領域314を指定した場合が示されている。
図25図17の情報処理端末500における断面比較時の動作の一例を示した図であり、プロファイル312の表示倍率を増大させた場合が示されている。
図26図17の情報処理端末500における断面比較時の動作の一例を示した図であり、差分値に応じて変化するグラフを表示させた場合が示されている。
図27図17の情報処理端末500におけるレポートファイル出力時の動作の一例を示した図である。
図28図17の情報処理端末500における断面比較時の動作の一例を示したフローチャートである。
図29図17の情報処理端末500における断面比較時の動作の一例を示したフローチャートである。
図30】本発明の実施の形態3による三次元測定装置1の一構成例を示したブロック図であり、テンプレート機能を有する情報処理端末520が示されている。
図31図30の情報処理端末520における位置合わせ時の動作の一例を示した図であり、表示部51に表示される位置合わせ画面400が示されている。
図32図30の情報処理端末520におけるテンプレート適用時の動作の一例を示した図であり、表示部51に表示される計測画面410が示されている。
図33図30の情報処理端末520におけるテンプレート適用時の動作の一例を示したフローチャートである。
図34図30の情報処理端末520におけるテンプレート適用時の動作の一例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
実施の形態1.
まず、本発明の実施の形態1による三次元測定装置の概略構成について、図1図6を用いて以下に説明する。
【0016】
<三次元測定装置1>
図1は、本発明の実施の形態1による三次元測定装置1の一構成例を示したシステム図である。この三次元測定装置1は、測定対象物Wの形状を光学的に測定する測定器であり、測定部2、コントローラ4及び情報処理端末5により構成される。
【0017】
<測定部2>
測定部2は、ステージ21上の測定対象物Wに可視光からなる測定光を照射し、測定対象物Wにより反射された測定光を受光して撮影画像を生成する計測ユニットであり、ヘッド部20、ステージ21、ステージ保持部22、回転駆動部23及び制御基板27により構成される。
【0018】
ヘッド部20は、測定対象物Wにパターンを有する測定光を照射する投光部24と、測定対象物Wにより反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を生成する受光部25と、テクスチャ照明出射部26とにより構成される。
【0019】
ステージ21は、測定対象物Wが載置される載置面を有する作業台である。このステージ21は、円板状のステージプレート211と、ステージプレート211を支持するステージベース212とにより構成される。
【0020】
ステージプレート211は、中央付近で折り曲げて固定することができ、測定対象物Wを受光部25に正対させるための傾斜台として機能させることができる。ステージ保持部22は、ステージ21上の測定対象物Wに対する撮像アングルを調整するために、ステージ21を回転可能に保持する。回転駆動部23は、ステージ21を回転させることにより、撮像アングルを切り替える。
【0021】
受光部25は、ステージ21上の測定対象物Wを撮影する固定倍率のカメラであり、受光レンズ251及び撮像素子252により構成される。撮像素子252は、受光レンズ251を介して測定対象物Wからの測定光を受光して受光量を表す受光信号を生成する多数の受光素子からなり、受光信号から撮影画像が生成される。撮像素子252には、例えば、CCD(Charge Coupled Devices:電荷結合素子)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補型金属酸化物半導体)などのイメージセンサが用いられる。この撮像素子252は、例えば、モノクロイメージセンサである。
【0022】
投光部24は、ステージ21上の測定対象物Wに測定光を照射する照明装置であり、投光用光源241、コレクタレンズ242、パターン生成ユニット243及び投光レンズ244により構成される。投光用光源241には、例えば、単色の光を生成するLED(発光ダイオード)又はハロゲンランプが用いられる。色収差補正等が容易であることから、白色光源を用いる場合に比べ、単色の投光用光源241を用いる方が有利である。また、波長は短い方が形状測定の解像度を上げるのに有利であることから、青色の光源、例えば、青色LEDを投光用光源241として用いることが好ましい。ただし、撮像素子252が良好なS/Nで受光することができる波長が選択される。
【0023】
なお、単色、例えば、青色の投光用光源241を使用する場合、撮像素子252がカラーイメージセンサであれば、RGの受光素子が利用できないため、Bの受光素子のみの利用となり、利用できる画素数が減ることになる。従って、画素サイズや画素数をそろえた場合、撮像素子252には、モノクロイメージセンサを用いる方が有利である。
【0024】
投光用光源241から出射された光は、コレクタレンズ242を介してパターン生成ユニット243に入射する。そして、パターン生成ユニット243から出射された測定光は、投光レンズ244を介してステージ21上の測定対象物Wに照射される。
【0025】
パターン生成ユニット243は、構造化照明用のパターン光を生成するための装置であり、均一な測定光と、二次元パターンからなる測定光とを切り替えることができる。パターン生成ユニット243には、例えば、DMD(Digital Micromirror Device)又は液晶パネルが用いられる。DMDは、多数の微小なミラーが二次元状に整列配置され、各ミラーの傾きを制御することにより、画素ごとに明状態と暗状態とを切り替えることができる表示素子である。
【0026】
三角測距の原理を利用して測定対象物Wの立体形状を測定するための構造化照明法には、正弦波位相シフト法、マルチスリット法、空間コード法等がある。正弦波位相シフト法は、測定対象物Wに正弦波状の縞パターンを投影し、正弦波の周期よりも短いピッチで縞パターンを移動させるごとに撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素における位相値を求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
【0027】
マルチスリット法は、測定対象物Wに細線状の縞パターンを投影し、縞と縞との間隔よりも狭いピッチで縞パターンを移動させるごとに撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素における最大輝度の撮影タイミングを求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
【0028】
空間コード法は、測定対象物Wに対し、白黒のデューティ比が50%であり、縞パターンの幅が異なる複数の縞パターンを順次に投影し、撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素におけるコード値を求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
【0029】
パターン生成ユニット243では、上述した縞パターンを二次元パターンとして生成することができる。この三次元測定装置1では、マルチスリット法と空間コード法とを組み合わせることにより、高分解能かつ高精度に三次元形状データが取得される。
【0030】
また、この三次元測定装置1では、受光部25を挟んで2つの投光部24が左右対称に配置されている。各投光部24の投光軸J2及びJ3は、三角測距の原理を利用するために、受光部25の受光軸J1に対して傾斜している。この投光部24では、投光用光源241、コレクタレンズ242及びパターン生成ユニット243の光軸に対し、投光レンズ244を受光軸J1側にオフセットさせることにより、投光軸J2及びJ3を傾斜させている。この様な構成を採用することにより、投光部24全体を傾斜させる場合に比べ、測定部2を小型化することができる。
【0031】
テクスチャ照明出射部26は、測定対象物Wの色や模様を表面テクスチャ情報として検知するための可視光からなる均一な照明光をステージ21上の測定対象物Wに向けて出射する。このテクスチャ照明出射部26は、投光軸が受光部25の受光軸J1と略平行であり、受光部25の受光レンズ251を取り囲むように配置される。このため、投光部24からの照明と比べて測定対象物W上での影ができにくく、撮影時の死角が少なくなる。
【0032】
制御基板27は、回転駆動部23を制御する制御回路、投光部24の投光用光源241及びパターン生成ユニット243を駆動する駆動回路、受光部25の撮像素子252からの受光信号を処理する処理回路等が設けられた回路基板である。
【0033】
<コントローラ4>
コントローラ4は、測定部2用の制御装置であり、テクスチャ照明用の照明光を生成するテクスチャ光源41と、テクスチャ光源41用の駆動回路等が設けられた制御基板42と、測定部2内の各デバイスに電力を供給する電源43とにより構成される。テクスチャ光源41は、撮影画像からカラーのテクスチャ画像が得られるようにするために、例えば、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色の照明光を順次に点灯する。撮像素子252がモノクロイメージセンサであることから、テクスチャ光源41に白色光源を用いてテクスチャ情報を取得する場合、カラー情報を取得することができない。このため、テクスチャ光源41ではRGBを切り替えて照明している。
【0034】
なお、モノクロのテクスチャ画像で十分な場合は、テクスチャ光源41に白色光源、例えば、白色LEDを用い、或いは、RGBの単色光を同時に照射する光源を用いても良い。また、測定精度の低下をある程度許容する場合には、撮像素子252にカラーイメージセンサを用いても良い。照明光は、ライトガイド3を介して測定部2のテクスチャ照明出射部26に伝送される。制御基板42及び電源43は、測定部2の制御基板27に接続されている。
【0035】
<情報処理端末5>
情報処理端末5は、測定部2を制御し、撮影画像の画面表示、寸法測定のための設定情報の登録、三次元形状データの生成、測定対象物Wの寸法算出等を行う端末装置であり、表示部51、キーボード52及びマウス53が接続されている。表示部51は、撮影画像や設定情報を画面に表示するモニタ装置である。キーボード52及びマウス53は、ユーザが操作入力を行う入力装置である。この情報処理端末は、例えば、パーソナルコンピュータであり、測定部2の制御基板27に接続されている。
【0036】
図2は、図1の測定部2の一構成例を模式的に示した説明図である。この測定部2は、撮影倍率が互いに異なる2つの撮像部25a及び25bを備えるヘッド部20と、上下方向の回転軸J4を中心としてステージ21を回転可能に保持するステージ保持部22と、ヘッド部20及びステージ保持部22を連結する連結部28とにより構成される。
【0037】
連結部28は、投光部24の投光軸J2及びJ3と、撮像部25a及び25bの受光軸J11及びJ12とが回転軸J4に対して傾斜する状態で、ヘッド部20とステージ保持部22とを固定的に連結する。このため、ステージ21と撮像部25a及び25bとの相対的な位置関係が一定であり、ステージ21の回転角が互いに異なる複数の撮像アングルについて、点群データの連結合成が容易である。
【0038】
撮像部25aは、低倍率の受光部25である。撮像部25bは、撮像部25aよりも高倍率の受光部25である。撮像部25a及び25bは、測定対象物全体の三次元形状データが得られるようにするために、いずれもステージ21の回転軸J4に対して受光軸J11及びJ12が傾斜するように配置されている。
【0039】
例えば、回転軸J4に対する受光軸J11及びJ12の傾斜角は、45°程度である。また、撮像部25bは、焦点位置FPがステージ21の回転軸J4上において撮像部25aの焦点位置FPよりも下側となるように、撮像部25aの下方に配置され、受光軸J12は、受光軸J11と略平行である。
【0040】
この様な構成を採用することにより、撮像部25aの測定可能領域R1と撮像部25bの測定可能領域R2とをステージ21上に適切に形成することができる。測定可能領域R1及びR2は、いずれもステージ21の回転軸J4を中心とする円柱状の領域であり、測定可能領域R2は、測定可能領域R1内に形成される。
【0041】
図3のステップS101〜S113は、三次元測定装置1における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、三次元測定装置1は、ステージ21上に載置された測定対象物Wを受光部25により撮影して撮影画像を表示部51に表示し、投光照明の明るさ調整を行う(ステップS101)。この明るさ調整は、投光部24から均一な測定光を照射し、或いは、パターン光からなる測定光を照射して行われる。
【0042】
次に、三次元測定装置1は、テクスチャ照明に切り替えて撮影画像を取得し、表示部51に表示してテクスチャ照明の明るさ調整を行う(ステップS102)。この明るさ調整は、テクスチャ照明出射部26からR(赤)、G(緑)、B(青)の各色の照明光を順次に照射し、或いは、同時に照射して行われる。ステップS101とステップS102とは、順序を入れ替えても良い。
【0043】
三次元測定装置1は、照明条件が確定されるまで、ステップS101及びS102の処理手順を繰り返し、照明条件の確定後、ユーザにより測定開始が指示されれば(ステップS103)、投光部24からパターン光を投影し(ステップS104)、パターン画像を取得する(ステップS105)。このパターン画像は、ステージ21上の測定対象物Wが撮影された撮影画像である。パターン光の投影及び撮影画像の取得は、パターン生成ユニット243と受光部25とを同期させて行われる。
【0044】
次に、三次元測定装置1は、テクスチャ照明に切り替えてテクスチャ画像を取得する(ステップS106,S107)。このテクスチャ画像は、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色の照明光を順次に照射させて取得された複数の撮影画像を合成することによって得られる。連結測定時には、ステージ21を予め指定された複数の撮像アングルに順次に切り替えながら、ステップS104からステップS107までの処理手順が繰り返される(ステップS108)。
【0045】
次に、三次元測定装置1は、ステップS105において取得されたパターン画像を所定の計測アルゴリズムにより解析し、三次元形状データを生成する(ステップS109)。この三次元形状データの生成ステップでは、撮像アングルが異なる複数の撮影画像から求めた三次元形状データが必要に応じて合成される。そして、三次元測定装置1は、生成された三次元形状データにテクスチャ画像をマッピングし(ステップS110)、測定対象物Wの立体形状として表示部51に表示する(ステップS111)。
【0046】
三次元測定装置1は、所望の測定箇所について、三次元形状データが得られるまで、撮像アングルや撮影条件等を変更しながらステップS101からステップS111までの処理手順を繰り返し(ステップS112)、所望のデータが得られ、ユーザによりデータ解析が指示されれば、寸法測定用のアプリケーションプログラムにより、三次元形状データのデータ解析を行い、測定対象物Wの寸法を算出する(ステップS113)。
【0047】
図4のステップS201〜S211は、図3のステップS101(投光照明の明るさ調整)について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置1の動作が示されている。まず、三次元測定装置1は、左側の投光部24を点灯し(ステップS201)、ユーザによる明るさの調整を受け付ける(ステップS202)。
【0048】
次に、三次元測定装置1は、ユーザによる撮影倍率の選択を受け付け、撮影倍率が変更されれば、対応する撮像部25a又は25bに切り替える(ステップS203)。このとき、三次元測定装置1は、所望の測定箇所に照明が当たっていなければ、ユーザ操作に基づいてステージ21を回転させることにより、測定対象物Wの位置及び姿勢の調整を行う(ステップS204,S205)。位置及び姿勢の調整は、左右の投光部24を同時に点灯させて行っても良い。
【0049】
そして、三次元測定装置1は、測定箇所の明るさが適切でなければ、ユーザによる明るさの調整を再度受け付ける(ステップS206,S207)。三次元測定装置1は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップS203からステップS207までの処理手順を繰り返す(ステップS208)。
【0050】
次に、三次元測定装置1は、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件を設定情報として登録し、右側の投光部24に切り替えて(ステップS209)、ユーザによる明るさの調整を受け付ける(ステップS210)。三次元測定装置1は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップS210の処理手順を繰り返し、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件を設定情報として登録し、この処理を終了する(ステップS211)。
【0051】
図5のステップS301〜S313は、図3のステップS102(テクスチャ照明の明るさ調整)について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置1の動作が示されている。まず、三次元測定装置1は、テクスチャ照明を点灯し(ステップS301)、ユーザによる明るさの調整を受け付ける(ステップS302)。三次元測定装置1は、測定箇所の明るさが適切でなければ(ステップS303)、ステップS302の処理手順を繰り返し、ユーザによる明るさの調整を再度受け付ける。
【0052】
次に、三次元測定装置1は、ユーザによるテクスチャ画像の画質の選択を受け付け(ステップS304)、通常画質が選択されれば、通常画質を指定し、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件を設定情報として登録し、この処理を終了する(ステップS313)。
【0053】
一方、三次元測定装置1は、ユーザによりフルフォーカス画質が選択されれば、フルフォーカス画質を指定する(ステップS305,S306)。フルフォーカス画質は、深度合成処理により得られる画質であり、焦点位置を異ならせながら取得された複数の撮影画像を合成することにより、画像全体においてピントの合った画像が得られる。
【0054】
そして、三次元測定装置1は、ユーザによりHDR(ハイダイナミックレンジ)画質が選択されれば、HDR画質を指定する(ステップS307,S308)。HDR画質は、露光時間を異ならせながら取得された複数の撮影画像を合成することにより、ダイナミックレンジの広い画像が得られる。
【0055】
次に、三次元測定装置1は、ユーザによりテクスチャ画像の確認が指示されれば(ステップS309)、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件に基づいて、撮影画像を取得し(ステップS310)、テクスチャ画像を作成して表示部51に表示する(ステップS311)。
【0056】
三次元測定装置1は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップS305からステップS311までの処理手順を繰り返し、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件を設定情報として登録し、この処理を終了する(ステップS312)。
【0057】
図6のステップS401〜S413は、図3のステップS113(データ解析)について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置1の動作が示されている。まず、三次元測定装置1は、ユーザ操作に基づいて、三次元形状データを所定のデータ形式で読み込み、測定対象物Wの立体形状を表示部51に表示する(ステップS401,S402)。
【0058】
次に、三次元測定装置1は、ノイズの除去、穴埋め、不要データの削除等の前処理を行い(ステップS403)、ユーザによる表示倍率及び姿勢の調整を受け付ける(ステップS404)。
【0059】
次に、三次元測定装置1は、表示中の立体形状上において、測定箇所の幾何要素を抽出するための点群の指定を受け付ける(ステップS405)。そして、三次元測定装置1は、幾何要素について、形状種別の指定を受け付ける(ステップS406)。形状種別には、点、線、円、面、球、円筒、円錐等がある。ステップS405とステップS406とは、順序を入れ替えても良い。
【0060】
三次元測定装置1は、全ての幾何要素について、点群及び形状種別の指定が完了するまで、ステップS405及びS406の処理手順を繰り返し(ステップS407)、点群及び形状種別の指定が完了すれば、ユーザによる幾何要素の選択を受け付ける(ステップS408)。そして、三次元測定装置1は、選択された幾何要素について、寸法種別の選択を受け付ける(ステップS409)。寸法種別には、距離、角度、幾何公差、直径等がある。ステップS408とステップS409とは、順序を入れ替えても良い。
【0061】
次に、三次元測定装置1は、選択された幾何要素について、点群に基本形状をフィッティングさせることによって幾何要素を特定し、幾何要素間の寸法値を算出する(ステップS410)。次に、三次元測定装置1は、寸法値を測定対象物Wの立体形状上の測定箇所に対応づけて表示する(ステップS411)。三次元測定装置1は、所望の測定箇所が他にもあれば、ステップS408からステップS411までの処理手順を繰り返し(ステップS412)、所望の測定箇所が他になければ、測定結果を出力してこの処理を終了する(ステップS413)。
【0062】
次に、本発明の実施の形態1による三次元測定装置1のさらに詳細な構成について、図7図16を用いて以下に説明する。
【0063】
<情報処理端末5>
図7は、図1の情報処理端末5内の機能構成の一例を示したブロック図である。この情報処理端末5は、測定制御部10、形状データ生成部11、形状データ記憶部12、表示制御部13、基準平面抽出部14、姿勢変更部15、切断線指定部16、断面プロファイル取得部17、断面計測部18、幾何要素抽出部19a及びエッジ抽出部19bにより構成される。
【0064】
測定制御部10は、キーボード52又はマウス53によるユーザ操作に基づいて、回転駆動部23を制御して撮像アングルを調整し、投光部24による測定光の照射を制御する。
【0065】
形状データ生成部11は、受光部25からの受光信号に基づいて、測定対象物Wの立体形状を表す立体形状データを生成し、形状データ記憶部12内に格納する。立体形状データは、三次元空間における複数の測定点の位置情報からなり、測定対象物Wに測定光として投影される縞パターンを移動させるごとに取得した複数のパターン画像から作成される。形状データ記憶部12には、過去に測定された立体形状データが保持される。
【0066】
表示制御部13は、形状データ記憶部12内の立体形状データに基づいて、表示部51を制御し、測定対象物Wの立体形状を計測画面に表示する。例えば、多数の測定点が三次元的に配置されたオブジェクト体を所定の視点から眺めるように、立体形状が計測画面に表示される。計測画面内における立体形状(オブジェクト体)の位置、視点及び表示倍率は、任意に指定することができる。
【0067】
基準平面抽出部14は、表示中の立体形状に対する位置の指定に基づいて、立体形状を切断する際の基準とする平面を特定し、基準平面とする。位置の指定は、キーボード52又はマウス53によるユーザ操作に基づいて行われ、幾何要素としての平面を抽出するための点群が選択される。点群は、2以上の測定点からなり、マウス操作などにより、計測画面上で所望の点群を取り囲む図形、例えば、多角形を指定することにより、当該点群が選択される。また、マウス操作などにより、計測画面上で立体形状上の1つの位置を指定することにより、当該位置を含み、かつ、平面にフィットする点群が選択される。そして、選択された点群にフィッティングさせた基本形状として、基準平面が特定される。
【0068】
基本形状を点群にフィッティングさせる方法には、従来から知られている統計的手法を利用することができる。例えば、点群を構成する測定点と基本形状との距離に基づく最小二乗法により、幾何要素の三次元位置、姿勢及びサイズが特定される。基準平面の位置情報は、形状データ記憶部12内に格納される。
【0069】
また、基準平面抽出部14は、基準平面の形状に基づいて、当該基準平面内に基準軸及び回転中心を定める。抽出される基準平面は、点群が有限であることから有限の端を持つ平面形状である。例えば、基準平面が略長方形状である場合に、長辺に平行な直線が基準軸に指定され、対角線の交点が回転中心に指定される。また、基準平面抽出部14は、立体形状に対して予め指定された座標平面を基準平面とする。同様に、例えば、抽出された基準平面が長方形状以外であっても、基準平面の法線、基準軸として抽出された基準平面の慣性主軸、回転中心として基準平面形状の重心が指定された座標平面を基準平面とする。
【0070】
姿勢変更部15は、基準平面を正対させるために、基準平面の法線が計測画面と直交するように、立体形状を回転させる。また、姿勢変更部15は、基準平面を縦方向又は横方向に向けるために、基準平面の法線が計測画面の縦方向又は横方向と平行になるように、立体形状を回転させる。
【0071】
この姿勢変更部15は、基準平面内に定められた基準軸が計測画面の縦方向又は横方向と一致するように、立体形状を回転させる。また、姿勢変更部15は、基準平面を正対させている場合に、キーボード52又はマウス53によるユーザ操作に基づいて、基準平面内に定められた回転中心を通って計測画面に垂直な直線を中心として立体形状を回転させる。また、姿勢変更部15は、基準平面を縦方向又は横方向に向けている場合に、基準平面内に定められた回転中心を通って計測画面に垂直な直線を中心として立体形状を回転させる。
【0072】
切断線指定部16は、計測画面内における切断線の指定を受け付ける。切断線の位置情報は、形状データ記憶部12内に格納される。切断線指定部16は、例えば、回転させることによって姿勢が変更された後の立体形状に対する位置の指定に基づいて、切断線を決定する。位置の指定は、キーボード52又はマウス53によるユーザ操作に基づいて行われ、例えば、ユーザが画面上で指定した2つの位置を結ぶ線分が切断線として指定される。
【0073】
断面プロファイル取得部17は、形状データ記憶部12内の立体形状データから断面プロファイルを取得し、形状データ記憶部12内に格納する。断面プロファイルは、回転させることによって姿勢が変更された後の立体形状を切断線により切断した場合の切断面の形状を表す形状データからなる。切断面は、計測画面に垂直な平面又は曲面からなる。
【0074】
断面計測部18は、断面プロファイル取得部17により取得された断面プロファイルに基づいて、寸法測定を行う。この寸法測定は、例えば、計測画面に表示された断面プロファイルに対し、測定箇所、測定要素の形状及び寸法種別を指定することによって行われる。寸法値の計測結果は、計測画面に表示中の断面プロファイル上に重畳させて表示される。
【0075】
幾何要素抽出部19aは、表示中の立体形状に対する位置の指定に基づいて、幾何要素を特定する。位置の指定は、キーボード52又はマウス53によるユーザ操作に基づいて行われる。幾何要素は、位置の指定によって点群を選択し、選択された点群に予め指定された基本形状をフィッティングさせることによって特定される。
【0076】
切断線指定部16は、幾何要素抽出部19aにより抽出された幾何要素を計測画面に投影した投影図形に基づいて、切断線を決定する。具体的には、幾何要素が平面であれば、この平面と計測画面との交線が切断線として指定される。また、幾何要素が円筒であれば、円筒の中心軸を計測画面に投影した投影図形、すなわち、直線が切断線として指定される。また、円筒の中心軸と基準平面(計測画面)との交点を点として再利用し、さらに別の1点を指定することで作成した直線を切断線として利用することもできる。
【0077】
エッジ抽出部19bは、計測画面上での位置の指定に基づいて、立体形状を計測画面に投影した投影画像からエッジを抽出する。エッジは、輝度に基づいて抽出される。ここで、投影画像は、投影方向に沿って最表面に相当する立体形状データの投影方向に沿った位置、つまり、計測画面に垂直な方向の距離を輝度情報に置き換えた距離画像であってもよく、投影方向に沿って最表面に相当する立体形状データのテクスチャ情報に対応したテクスチャ画像であってもよい。切断線指定部16は、エッジ抽出部19bにより抽出されたエッジに基づいて、切断線を決定する。例えば、複数のエッジ点にフィッティングさせた直線に対し、垂直な直線又は所定の距離だけ離間した平行な直線が切断線に指定される。また、複数のエッジ点にフィッティングさせた円に対し、所定の距離だけ離間した同心円が切断線に指定される。
【0078】
<計測画面6>
図8は、図7の情報処理端末5における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、表示部51に表示される計測画面6が示されている。計測画面6は、立体形状を切断した切断面について寸法測定を行うための操作画面であり、基準平面の設定時に表示部51に表示される。
【0079】
この計測画面6には、測定対象物Wの立体形状を表示するための立体形状表示欄60と、基準平面を指定するための操作欄61とが設けられている。操作欄61は、立体形状表示欄60よりも右側に配置されている。操作欄61には、プルダウンメニュー62、作成ボタン63及び詳細設定ボタン64が配置されている。
【0080】
プルダウンメニュー62は、過去に抽出された幾何要素を利用して基準平面を指定するための操作オブジェクトである。このプルダウンメニュー62を操作することにより、表示中の立体形状からこれまでに抽出された幾何要素が一覧表示される。プルダウンメニュー62から選択した幾何要素を基準平面に指定することができる。
【0081】
作成ボタン63は、基準平面を新たに作成するための操作アイコンである。マウスポインタ7を作成ボタン63上に移動させた状態でクリック操作を行えば、作成ボタン63を操作することができる。詳細設定ボタン64は、基準平面が計測画面6に対して特定の姿勢になるように立体形状を回転させ、或いは、立体形状に対して予め指定された座標平面を基準平面に指定するための操作アイコンである。
【0082】
図9は、図7の情報処理端末5における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、表示中の立体形状から基準平面8を抽出した後の計測画面6が示されている。この計測画面6は、作成ボタン63を操作した場合に表示される基準平面の作成画面であり、操作欄61には、要素名の入力欄、表示設定ボタン、指定方法の入力欄65、OKボタン66及びキャンセルボタンが配置されている。
【0083】
新たに作成された基準平面8には、要素名が自動的に割り当てられる。また、表示設定ボタンを操作すれば、基準平面8の表示形態、例えば、表示色を変更することができる。入力欄65は、基準平面を抽出させる領域の指定方法を選択するための操作オブジェクトであり、選択可能な指定方法がプルダウンメニューとして一覧表示される。
【0084】
領域の指定方法には、クリック操作で指定する方法、キー操作とクリック操作との組み合わせで指定する方法、複数の点で指定する方法、ドラッグ操作で指定する方法等がある。クリック操作で指定する方法では、立体形状上の位置をマウスポインタ7で指定した状態でクリック操作を行うことにより、当該位置の平面が基準平面8として自動的に抽出される。
【0085】
立体形状から抽出された基準平面8は、抽出元の立体形状とは識別可能に表示される。例えば、基準平面8は、赤色に色付けされ、立体形状上に重畳させて表示される。また、基準平面8は、矩形領域からなる。OKボタン66を操作すれば、立体形状から抽出された基準平面8が確定され、基準平面8が計測画面6に対して特定の姿勢になるように立体形状を回転させる姿勢変更処理が行われる。
【0086】
図10は、図7の情報処理端末5における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、基準平面8を正対させた後の計測画面6が示されている。この計測画面6は、基準平面8を指定した場合に表示される基準平面の設定画面であり、立体形状表示欄60には、基準平面8が計測画面6に正対するように回転させた後の立体形状が表示されている。基準平面8の計測画面6に対する正対とは、基準平面8の法線が計測画面6と直交することである。
【0087】
この基準平面8は、長辺8a及び短辺8bを有する長方形状であり、長辺8aが基準軸に指定され、対角線の交点8cが回転中心に指定される。立体形状表示欄60の立体形状は、基準平面8が計測画面6に正対し、かつ、基準平面8の基準軸が計測画面6の横方向と一致するように、配置される。また、立体形状は、基準平面8の回転中心が立体形状表示欄60の概ね中央に位置するように、配置される。この様な構成を採用することにより、基準平面8が計測画面6に対して特定の姿勢になるように立体形状を回転させた際の見栄えを良くすることができる。
【0088】
操作欄61には、指定面の入力欄67と、反転ボックス、回転角度の入力欄、座標平面の指定欄が設けられている。入力欄67は、基準平面8の姿勢を指定するための操作オブジェクトであり、プルダウンメニューからxy平面、yz平面又はzx平面のいずれかを選択することができる。
【0089】
ここでは、計測画面6がxy平面に指定されており、横方向がx軸、縦方向がy軸である。yz平面を指定面に指定すれば、基準平面8がyz平面と平行になるように立体形状が回転する。また、zx平面を指定面に指定すれば、基準平面8がzx平面と平行になるように立体形状が回転する。
【0090】
反転ボックスは、基準平面8を反転させるための入力欄であり、チェックマークを入力することにより、基準平面8の表裏が反転するように立体形状を回転させることができる。回転角度の入力欄は、計測画面6に垂直な直線を中心として立体形状を回転させるための入力欄であり、数値をインクリメント又はデクリメントし、或いは、スライダーを移動させることによって回転角度を指定する。
【0091】
xy平面を指定面に指定した場合、基準平面8の回転中心を通って計測画面6に垂直な直線を中心として立体形状を回転させることができる。この様な構成を採用することにより、基準平面8が計測画面6に対して特定の姿勢になるように立体形状を回転させた際の見栄えを良くすることができる。
【0092】
図11は、図7の情報処理端末5における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、基準平面8を横方向に向けた場合の計測画面6が示されている。この計測画面6は、yz平面を指定面に指定した場合の設定画面であり、立体形状表示欄60には、基準平面8の法線が計測画面6の横方向と平行になるように回転させた後の立体形状が表示されている。
【0093】
この場合、基準平面8の長辺8aが基準軸に指定される。立体形状表示欄60の立体形状は、基準平面8の法線が計測画面6の横方向と平行になり、かつ、基準平面8の基準軸が計測画面6の縦方向と一致するように、配置される。また、立体形状は、基準平面8の交点8cが立体形状表示欄60の概ね中央に位置するように、配置される。回転角度を指定すれば、交点8cを通って計測画面6に垂直な直線を中心として立体形状を回転させることができる。
【0094】
図12は、図7の情報処理端末5における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、基準平面8を縦方向に向けた場合の計測画面6が示されている。この計測画面6は、zx平面を指定面に指定した場合の設定画面であり、立体形状表示欄60には、基準平面8の法線が計測画面6の縦方向と平行になるように回転させた後の立体形状が表示されている。
【0095】
この場合にも、基準平面8の長辺8aが基準軸に指定される。立体形状表示欄60の立体形状は、基準平面8の法線が計測画面6の縦方向と平行になり、かつ、基準平面8の基準軸が計測画面6の横方向と一致するように、配置される。また、立体形状は、基準平面8の交点8cが立体形状表示欄60の概ね中央に位置するように、配置される。回転角度を指定すれば、交点8cを通って計測画面6に垂直な直線を中心として立体形状を回転させることができる。
【0096】
図13は、図7の情報処理端末5における断面計測時の動作の一例を示した図であり、表示部51に表示される計測画面9が示されている。計測画面9は、立体形状を切断した切断面について寸法測定を行うための操作画面であり、断面計測時に表示部51に表示される。
【0097】
この計測画面9には、立体形状の表示欄91と、投影画像の表示欄92と、断面プロファイルの表示欄95と、操作欄96及び97とが設けられている。表示欄91,92及び操作欄96は、計測画面9の上段に配置され、表示欄95及び操作欄97は、下段に配置されている。表示欄91は、表示欄92よりも左側に配置され、操作欄96は、表示欄92よりも右側に配置されている。操作欄97は、表示欄95よりも右側に配置されている。
【0098】
表示欄91には、測定対象物Wの立体形状が表示される。例えば、基準平面8を抽出した後の立体形状が表示される。表示欄92は、立体形状を計測画面9に投影した投影画像を表示するための表示欄であり、投影画像は、基準平面8が計測画面9に対して特定の姿勢になるように回転させた後の立体形状から作成される。例えば、基準平面8の法線が計測画面6の縦方向と平行になるように回転させた後の立体形状に対応する投影画像が表示される。
【0099】
操作欄96には、切断線93を指定するためのツールボタンと、切断線93を削除するための削除ボタンとが配置されている。ツールボタンを操作することにより、表示欄92に表示中の投影画像に対し、断面プロファイルを取得するための切断線93を指定することができる。切断線93は、計測画面9内における一次元の幾何学図形である。
【0100】
ツールボタンによって選択可能な指定方法には、線分、垂直線、水平線、直線、垂線、平行線、円、同心円、角、円弧及び折れ線がある。例えば、線分による指定方法では、投影画像上で2つの点を指定することにより、これらの2点を直線で結ぶ線分が切断線93に指定される。垂直線による指定方法では、投影画像上で1つの点を指定することにより、この点を通る縦方向(y方向)の直線が切断線93に指定される。
【0101】
表示欄91の立体形状には、立体形状を切断線93により切断した場合の切断面の位置を示す形状線94が表示されている。表示欄95は、立体形状を切断線93により切断した場合の切断面の形状を表す断面プロファイルを表示するための表示欄である。表示欄95の縦方向は、切断線93に沿う方向に対応しており、表示欄95の横方向は、計測画面9に垂直な方向に対応している。切断線93として線分が指定されると、指定された線分を含み計測画面9に垂直な方向に広がる平面が切断面となる。また、切断線93として円が指定されると、指定された円を含み計測画面9に垂直な方向に広がる円筒面が切断面となる。この場合、表示欄95の縦方向は、切断線93に沿う方向、つまり、指定された円の円周方向に対応する。切断線93として折れ線が指定されると、表示欄95の縦方向は、切断線93に沿う方向、つまり、指定された折れ線に沿う方向に対応する。ここで、表示欄95の縦方向が切断線93に沿う方向に対応し、表示欄95の横方向が計測画面9に垂直な方向に対応する例を説明したが、縦方向と横方向の対応関係が入れ替わっていてもよいし、切断線93に沿う方向と計測画面9に垂直な方向とが表示欄95内の任意の方向に対応させてもよい。
【0102】
基準平面8を計測画面9に正対させた場合の投影画像に対して切断線93を指定することにより、基準平面8に垂直な平面及び/又は曲面で立体形状を切断することになる。一方、基準平面8を計測画面9の縦方向又は横方向に向けた場合の投影画像に対して切断線93を指定することにより、基準平面8に平行な平面で立体形状を切断することができる。
【0103】
操作欄97には、寸法種別を指定するためのツールボタンと、寸法値や寸法線を削除するための削除ボタンとが配置されている。ツールボタンを操作することにより、寸法種別を指定することができ、表示欄95に表示中の断面プロファイルに対し、寸法測定を行うことができる。
【0104】
ツールボタンによって選択可能な寸法種別には、線−線、線−点、点−点、高さ、円−円、円−線、円−点、円弧、角度、曲率、面積、長さ及び円がある。例えば、線−線では、2つの線分を測定要素に指定することにより、これらの線分間の距離が寸法値として求められる。角度では、2つの線分を測定要素に指定することにより、これらの線分がなす角度が寸法値として求められる。
【0105】
断面プロファイルについて寸法測定を行うことによって得られた計測値は、測定箇所に対応づけて表示される。この例では、3つの測定箇所について寸法測定が行われ、計測値がそれぞれ表示されている。
【0106】
図14は、図7の情報処理端末5における断面計測時の動作の一例を示した図であり、立体形状から抽出した幾何要素を利用して切断線93を指定する場合が示されている。この計測画面9の操作欄96には、幾何要素リスト98が表示されている。この幾何要素リスト98は、立体形状から抽出された1又は2以上の幾何要素からなり、幾何要素を利用して切断線93を指定することができる。切断線93は、幾何要素を計測画面9に投影した投影図形に基づいて、決定される。
【0107】
例えば、円錐面と円筒面とが幾何要素として抽出されていれば、円錐面の中心軸が計測画面9に交差する点と、円筒面の中心軸が計測画面9に交差する点とを結ぶ直線が切断線93に指定される。表示欄95には、立体形状を切断線93により切断した場合の切断面の形状が断面プロファイルとして表示されている。立体形状から抽出された幾何要素を利用して切断線93を指定すれば、投影画像では見えない面やエッジ抽出が困難な部位を利用した立体形状の切断が可能になる。
【0108】
図15は、図7の情報処理端末5におけるレポートファイル出力時の動作の一例を示した図であり、表示部51に表示されるレポート画面100が示されている。レポート画面100は、断面計測の結果をレポートファイルとして記録し、或いは、印刷するための編集画面であり、3D画像の表示欄、2D画像の表示欄、断面プロファイルの表示欄及び計測結果の表示欄が設けられている。
【0109】
3D画像の表示欄には、測定対象物Wの立体形状が表示され、2D画像の表示欄には、立体形状を計測画面9に投影した投影画像が表示される。断面プロファイルの表示欄には、立体形状を切断線93により切断した場合の切断面の形状が断面プロファイルとして表示される。計測結果の表示欄には、断面プロファイルに対する寸法測定の結果が一覧表示される。
【0110】
図16のステップS501〜S512は、図7の情報処理端末5における断面計測時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、情報処理端末5は、計測画面9に3D画像として表示中の立体形状に対し、基準平面8を指定し(ステップS501)、この基準平面8が計測画面9に対して特定の姿勢になるように、立体形状を回転させる(ステップS502)。
【0111】
次に、情報処理端末5は、回転後の立体形状を計測画面9に投影して投影画像を取得し、計測画面9に2D画像として表示する(ステップS503)。情報処理端末5は、指定面を変更するユーザ操作が行われれば、ステップS502及びS503の処理手順を繰り返す(ステップS504)。指定面を変更するユーザ操作が行われた場合、当該ユーザ操作に基づいて、基準平面8の姿勢が変更される。一方、指定面を変更するユーザ操作が行われなかった場合は、xy平面が指定面に自動的に指定され、基準平面8が計測画面9に正対するように、立体形状が回転される。
【0112】
次に、情報処理端末5は、回転角度を変更するユーザ操作が行われれば(ステップS505)、当該ユーザ操作に基づいて、投影画像をz軸周りに、つまり、計測画面9に垂直な軸周りに回転させることにより、角度調整を行う(ステップS506)。
【0113】
次に、情報処理端末5は、計測画面9上で切断線93が指定されれば(ステップS507)、切断線93により立体形状を切断した場合の切断面の形状を表す断面プロファイルを取得し(ステップS508)、平面に展開して計測画面9に表示する(ステップS509)。情報処理端末5は、断面プロファイルに対して寸法測定を行い(ステップS510)、計測結果を断面プロファイル上に重畳させて表示する(ステップS511)。情報処理端末5は、他に測定箇所が指定されていれば、ステップS510及びS511の処理手順を繰り返し、全ての測定箇所について寸法測定が完了すれば、この処理を終了する(ステップS512)。
【0114】
本実施の形態によれば、基準平面8が計測画面9に対して特定の姿勢になるため、立体形状を切断線93により切断した場合の切断面として所望の切断面を得るには、どの様な切断線でどこを切断すればよいのかを直感的に理解することができる。また、切断線93は、計測画面9内における一次元の幾何学図形であり、切断面が計測画面9に垂直になることから、三次元空間内で二次元の切断面を直接に指定する場合に比べ、切断面の指定を容易化することができる。さらに、所望の切断面による断面プロファイルに基づいて寸法測定を行うため、測定箇所、測定要素の形状及び寸法種別の指定を直感的に行うことができる。また、設計図面に記載された箇所の寸法測定を容易に行うことができる。
【0115】
実施の形態2.
実施の形態1では、情報処理端末5が立体形状データから断面プロファイルを取得して寸法測定を行うという断面計測の機能を有する場合の例について説明した。本実施の形態では、情報処理端末が断面比較機能を有する場合について説明する。
【0116】
図17は、本発明の実施の形態2による三次元測定装置1の一構成例を示したブロック図であり、断面比較機能を有する情報処理端末500が示されている。断面比較機能は、2つの断面プロファイルを比較し、ずれの程度や位置を求めて計測画面に表示する機能である。
【0117】
この情報処理端末500は、形状データ生成部501、形状データ記憶部502、立体形状表示部503、幾何要素抽出部504、相対位置変更部505、プロファイル取得部506、プロファイル記憶部507、プロファイル表示部508、プロファイル比較部509、注目領域指定部510、基準平面指定部511、姿勢変更部512、切断線指定部513及び断面計測部514により構成される。
【0118】
形状データ生成部501は、測定対象物Wの立体形状を測定して測定立体形状データを生成し、形状データ記憶部502内に格納する。形状データ記憶部502には、形状を比較する際の基準とする基準立体形状データが保持されている。基準立体形状データには、例えば、CADを用いて作成されたCADデータが用いることができる。なお、基準立体形状データには、マスターピースを測定して取得された立体形状データ、或いは、過去に測定された立体形状データを用いてもよい。
【0119】
立体形状表示部503は、形状データ記憶部502から測定立体形状データ及び基準立体形状データを読み出して表示部51を制御し、測定立体形状を表す測定立体形状画像と、基準立体形状を表す基準立体形状画像とを計測画面に表示する。測定立体形状画像は、測定立体形状データに基づいて作成される。一方、基準立体形状画像は、基準立体形状データに基づいて作成される。
【0120】
幾何要素抽出部504は、位置合わせに用いるための第1幾何要素及び第2幾何要素を測定立体形状及び基準立体形状からそれぞれ抽出する。第1幾何要素は、表示中の測定立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、特定される。一方、第2幾何要素は、表示中の基準立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、特定される。位置の指定は、キーボード52又はマウス53によるユーザ操作に基づいて行われる。
【0121】
相対位置変更部505は、第1幾何要素と第2幾何要素とが一致するように、測定立体形状データ及び基準立体形状データの相対位置を変更する。すなわち、測定立体形状上の第1幾何要素と基準立体形状上の第2幾何要素とが、空間内において重なり、位置及び姿勢が一致するように、位置情報が変換される。例えば、形状データ記憶部502内の測定立体形状データ又は基準立体形状データのいずれかについて、座標変換が行われる。なお、測定立体形状データ及び基準立体形状データの双方について座標変換を行ってもよい。
【0122】
相対位置変更部505は、順次に特定された第1幾何要素及び第2幾何要素を位置合わせ用の幾何要素として対応づけ、これらの幾何要素が一致するように相対位置の変更を行う。そして、相対位置変更部505は、相対位置の変更後に再度、第1幾何要素及び第2幾何要素が順次に特定されれば、これらの幾何要素も一致するように相対位置の変更を行う。
【0123】
プロファイル取得部506は、相対位置の変更後の測定立体形状データ及び基準立体形状データに基づいて、測定立体形状を切断面により切断した場合の断面形状を表す測定断面プロファイルと、基準立体形状を切断面により切断した場合の断面形状を表す基準断面プロファイルとを取得する。測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルは、プロファイル記憶部507内に格納される。
【0124】
プロファイル表示部508は、プロファイル記憶部507からプロファイルデータを読み出して表示部51を制御し、測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルを重ねて計測画面に表示する。
【0125】
プロファイル比較部509は、プロファイル記憶部507から測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルを読み出して比較し、測定断面プロファイルと基準断面プロファイルとの間の差分値を算出する。差分値は、測定断面プロファイル及び基準断面プロファイル間のずれを表し、例えば、基準断面プロファイルの法線方向に基準断面プロファイルから測定断面プロファイルまでの距離として求められる。
【0126】
注目領域指定部510は、表示中の測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルに対し、差分値を表示し、或いは、ずれを強調させるための注目領域を指定する。注目領域は、測定断面プロファイル及び基準断面プロファイル上の位置をマウス操作などによって指定することにより、指定することができる。
【0127】
差分値は、注目領域内の測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルについて算出される。例えば、最大差分値又は平均差分値が算出される。最大差分値は、注目領域内における差分値の最大値である。平均差分値は、注目領域内における差分値の平均値である。
【0128】
プロファイル表示部508は、測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルに対応づけて差分値を表示する。また、プロファイル表示部508は、差分値の極性に応じて、測定断面プロファイル及び基準断面プロファイル間の領域を色付けする。例えば、差分値が正極性である領域と負極性である領域とで領域の表示色を異ならせる。差分値の表示や断面プロファイル間の色付けは、注目領域内の測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルについて行われる。また、プロファイル表示部508は、差分値に応じて変化するグラフを注目領域内の測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルに重畳させて表示する。
【0129】
基準平面指定部511は、相対位置の変更後の測定立体形状又は基準立体形状に対し、立体形状を切断する際の基準とする平面を基準平面として指定する。基準平面には、例えば、測定立体形状から第1幾何要素として抽出された平面、又は、基準立体形状から第2幾何要素として抽出された平面が指定される。なお、基準平面には、測定立体形状又は基準立体形状から平面を新たに抽出して指定してもよい。
【0130】
姿勢変更部512は、基準平面を正対させるために、基準平面の法線が計測画面と直交するように、測定立体形状及び基準立体形状の姿勢を変更する。また、姿勢変更部512は、基準平面を縦方向又は横方向に向けるために、基準平面の法線が計測画面の縦方向又は横方向と平行になるように、測定立体形状及び基準立体形状の姿勢を変更する。切断線指定部513は、計測画面内における切断線の指定を受け付ける。
【0131】
プロファイル取得部506は、切断線を含んで計測画面に垂直な面を切断面とし、姿勢変更後の測定立体形状及び基準立体形状を当該切断面により切断して測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルを取得する。
【0132】
断面計測部514は、表示中の測定断面プロファイルに対する位置の指定に基づいて、寸法測定を行う。位置の指定は、キーボード52又はマウス53によるユーザ操作に基づいて行われる。プロファイル表示部508は、寸法測定の結果を測定断面プロファイルに対応づけて表示する。
【0133】
<位置合わせ画面300>
図18図21は、図17の情報処理端末500における位置合わせ時の動作の一例を示した図である。図18には、表示部51に表示される位置合わせ画面300が示されている。位置合わせ画面300は、2つの形状データ間で位置合わせを行うための操作画面である。
【0134】
この位置合わせ画面300には、測定データを表示するための表示欄301と、基準データを表示するための表示欄302と、測定データ及び基準データを共通の座標系で表示するためのプレビュー欄303と、幾何要素を指定するための操作欄304とが設けられている。表示欄301及び302は、プレビュー欄303よりも左側に配置され、操作欄304は、プレビュー欄303よりも右側に配置されている。
【0135】
表示欄301には、測定立体形状が表示され、表示欄302には、基準立体形状が表示されている。立体形状は、三次元的に表示され、マウス操作などにより、表示位置、視点の位置、姿勢等を調整することができる。
【0136】
操作欄304には、位置合わせに用いる幾何要素の形状を指定するための形状ボタン305と、幾何要素の向きを逆向きにするための逆向きボックス306と、位置合わせ要素リスト307とが配置されている。形状ボタン305は、平面、円筒及び点の3つの形状種別ごとに設けられている。
【0137】
例えば、「平面」の形状ボタン305上にマウスポインタ7を移動させ、クリック操作によって当該形状ボタン305を操作すれば、測定立体形状や基準立体形状から平面を抽出して位置合わせ用の幾何要素に指定することができる。
【0138】
図19には、測定データから第1幾何要素310を抽出した後の状態が示されている。第1幾何要素310は、表示欄301内の測定立体形状について、所望の幾何要素上にマウスポインタ7を移動させた状態で、クリック操作を行うことにより、測定立体形状から抽出される。この第1幾何要素310は、平面形状であり、色付けして表示されている。
【0139】
図20には、基準データから第2幾何要素311を抽出した後の状態が示されている。第2幾何要素311は、表示欄302内の基準立体形状について、第1幾何要素310に対応する幾何要素上にマウスポインタ7を移動させた状態で、クリック操作を行うことにより、基準立体形状から抽出される。この第2幾何要素311は、平面形状であり、色付けして表示されている。
【0140】
図21には、1組目の幾何要素310及び311による位置合わせ完了後の状態が示されている。第1幾何要素310及び第2幾何要素311を測定立体形状及び基準立体形状から順次に抽出し、OKボタン308を操作することにより、これらの幾何要素が1組目の幾何要素として対応づけられ、位置合わせが行われる。プレビュー欄303には、位置合わせ後の測定立体形状と基準立体形状とが重ねた状態で表示される。
【0141】
平面同士の位置合わせでは、平面に平行な方向の移動と、平面に垂直な軸を中心とする回転との自由度が残る。そこで、2組目の幾何要素、さらに、3組目の幾何要素を指定して位置合わせを繰り返すことにより、位置合わせの精度を向上させることができる。
【0142】
1組目の幾何要素が平面形状である場合、2組目の幾何要素による位置合わせは、1組目の平面に平行な方向の移動と、当該平面に垂直な軸を中心とする回転との2自由度に制限される。つまり、2組目の幾何要素による位置合わせは、1組目の幾何要素による位置合わせの制限のもとに行われる。具体的には、2組目の幾何要素による位置合わせは、1組目の平面同士の法線を一致させるという制限のもとに行われる。2組目の幾何要素も平面形状である場合、同様に、3組目の幾何要素による位置合わせは、1組目の幾何要素と2組目の幾何要素とによる位置合わせの制限のもとに行われる。具体的には、3組目の幾何要素による位置合わせは、1組目の平面同士の法線を一致させ、かつ、2組目の平面同士の法線を一致させるという制限のもとに行われる。
【0143】
なお、1組目の幾何要素による位置合わせで十分な精度が得られれば、2組目や3組目の幾何要素を指定する必要はない。1組目の幾何要素が平面形状である場合、幾何的特徴として平面の法線を利用したが、抽出される幾何要素は有限の端を持つ平面形状であるため、平面の法線に加え端の位置や形状を利用して位置合わせを行うことで、1組目の幾何要素の複数の幾何的特徴による位置合わせで十分な精度が得られる場合がある。1組目の幾何要素の複数の幾何的特徴による位置合わせで十分な精度が得られない場合は、2組目の幾何要素による位置合わせを実施することができ、この場合、1組目の平面の法線は2組目の幾何要素による位置合わせを制限する幾何的特徴となるが、1組目の平面の法線以外の特徴は2組目の幾何要素による位置合わせでは利用されない、または、制限の重み付けの低い幾何的特徴となる。また、4組目の幾何要素を指定すれば、ベストフィット位置合わせを行うことができる。ベストフィット位置合わせは、幾何要素同士の幾何的特徴を利用して直接位置合わせするのではなく、指定された幾何要素に対応する立体形状データ同士の偏差を利用して、立体形状を微小量だけずらして最適解を求める処理である。ベストフィット位置合わせには、1組目の幾何要素を指定することができる。なお、幾何要素が円筒や円錐である場合は、幾何的特徴として中心軸を用いてもよい。
【0144】
また、平面同士の位置合わせの場合、幾何要素が180°逆向きに位置決めされることがある。この様な場合には、逆向きボックス306にチェックマークを入力することにより、幾何要素の向きを逆向きにし、或いは、反転させることができる。
【0145】
<計測画面320>
図22図26は、図17の情報処理端末500における断面比較時の動作の一例を示した図である。図22には、表示部51に表示される計測画面320が示されている。この計測画面320は、2つの断面プロファイルを比較するための操作画面であり、測定立体形状と基準立体形状との位置合わせが完了した後に表示部51に表示される。
【0146】
この計測画面320には、立体形状の表示欄321と、投影画像の表示欄322と、断面プロファイルの表示欄323と、操作欄324及び325とが設けられている。表示欄321には、位置合わせ後の測定立体形状及び基準立体形状が重ねて表示されている。表示欄322は、測定立体形状及び基準立体形状を計測画面320に投影した投影画像が表示されている。
【0147】
表示欄322内の投影画像は、基準平面が計測画面320に対して特定の姿勢になるように回転させた後の測定立体形状及び基準立体形状から作成される。例えば、位置合わせの1組目の幾何要素が基準平面に指定され、この基準平面の法線が計測画面320の縦方向と平行になるように回転させた後の測定立体形状及び基準立体形状に対応する投影画像が表示される。
【0148】
操作欄324には、切断線93を指定するための各種のツールボタンと、切断線93を削除するための削除ボタンとが配置されている。表示欄323には、測定立体形状及び基準立体形状を切断線93により切断した場合の切断面の形状を表す測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルが重ねて表示されている。操作欄325には、寸法種別を指定するための各種のツールボタンと、寸法値や寸法線を削除するための削除ボタンと、各種の差分ボタン326と、差分強調欄327とが配置されている。
【0149】
ツールボタンによって選択可能な寸法種別には、線−線、線−点、点−点及び角度がある。また、差分ボタン326には、最大差分、平均差分及び差分面積がある。差分面積の差分ボタン326は、測定断面プロファイルと基準断面プロファイルとの間の領域の面積を求めるための操作アイコンである。
【0150】
差分強調欄327は、差分値に応じて変化するグラフを断面プロファイルに重畳させて表示するための入力欄である。チェックボックスにチェックマークを入力すれば、注目領域内の測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルに対応づけてグラフが表示され、ずれ具合を強調することができる。また、スライダーを移動させることにより、差分値の拡大倍率を調整することができる。
【0151】
図23には、計測画面320上に表示されたプロファイル選択画面328が示されている。断面プロファイル312に対し、矩形領域313を指定して直線を抽出する場合、抽出元の断面プロファイル312は、測定データ(測定立体形状データ)から取得された断面プロファイルであるのか、或いは、基準データ(基準立体形状データ)から取得された基準断面プロファイルであるのかを選択する必要がある。この様な場合にプロファイル選択画面328が表示され、測定断面プロファイル又は基準断面プロファイルのいずれかを選択することができる。
【0152】
測定断面プロファイル又は基準断面プロファイルから直線を抽出することにより、2直線間の距離、点と直線との距離、2直線のなす角度等を測定することができる。また、測定断面プロファイル又は基準断面プロファイル上の点を指定すれば、2点間の距離等を測定することができる。
【0153】
図24には、断面プロファイル312に対して注目領域314を指定した場合が示されている。断面プロファイル312に対して注目領域314を指定することにより、注目領域314内の測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルについて、最大差分値、平均差分値又は差分面積を求め、計測結果として重畳させて表示することができる。
【0154】
例えば、最大差分値「−0.198mm」が測定箇所に対応づけて表示される。この様な構成を採用することにより、立体形状間に生じているずれの程度、位置及びずれの極性をより客観的に理解することができる。
【0155】
図25には、断面プロファイル312の表示倍率を増大させた場合が示されている。表示欄323に表示される測定断面プロファイル312a及び基準断面プロファイル312bの表示倍率は、マウス操作等によって適宜変更することができる。
【0156】
測定断面プロファイル312a及び基準断面プロファイル312b間の領域は、差分値の極性に応じて色付けされる。例えば、基準断面プロファイル312bの法線方向に関し、測定断面プロファイル312aが基準断面プロファイル312bよりも高い領域は、赤色で表示され、測定断面プロファイル312aが基準断面プロファイル312bよりも低い領域は、青色で表示される。この様な構成を採用することにより、立体形状間に生じているずれの極性に対する視認性を向上させることができる。
【0157】
図26には、差分値に応じて変化するグラフを表示させた場合が示されている。注目領域314内の断面プロファイル312に対し、差分値に応じて変化するグラフを表示することにより、ずれ具合を容易に識別することができる。グラフは、例えば、基準断面プロファイルの法線方向にずれを増大させることによって作成される。この様な構成を採用することにより、グラフにより注目領域314内のずれが強調されるため、断面プロファイル312の表示倍率によってずれの程度が判別できなくなるのを防止することができる。
【0158】
<レポート画面330>
図27は、図17の情報処理端末500におけるレポートファイル出力時の動作の一例を示した図であり、表示部51に表示されるレポート画面330が示されている。このレポート画面330は、断面比較の結果をレポートファイルとして記録し、或いは、印刷するための編集画面であり、3D画像の表示欄、2D画像(基準データ)の表示欄、2D画像(測定データ)の表示欄、断面プロファイルの表示欄及び計測結果の表示欄が設けられている。
【0159】
3D画像の表示欄には、測定立体形状及び基準立体形状が重ねて表示される。2D画像(基準データ)の表示欄には、基準立体形状を計測画面320に投影した投影画像が表示され、2D画像(測定データ)の表示欄には、測定立体形状を計測画面320に投影した投影画像が表示される。断面プロファイルの表示欄には、測定立体形状及び基準立体形状を切断線93により切断した場合の切断面の形状が断面プロファイルとして表示される。計測結果の表示欄には、断面プロファイルに対する寸法測定の結果が一覧表示される。
【0160】
図28及び図29のステップS601〜S614は、図17の情報処理端末500における断面比較時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、情報処理端末5は、形状を比較する際の基準とする基準立体形状データを指定し(ステップS601)、測定データ(測定立体形状データ)とともに位置合わせ画面300に表示する(ステップS602)。
【0161】
次に、情報処理端末5は、表示中の測定立体形状画像に対し、位置が指定されれば(ステップS603)、第1幾何要素を特定する(ステップS604)。次に、情報処理端末5は、表示中の基準立体形状画像に対し、位置が指定されれば(ステップS605)、第2幾何要素を特定する(ステップS606)。
【0162】
情報処理端末5は、特定した第1幾何要素及び第2幾何要素を位置合わせ用の幾何要素として対応づけ、これらの幾何要素が一致するように、測定立体形状データ及び基準立体形状データの相対位置を変更する(ステップS607)。他の幾何要素も指定して位置合わせを繰り返す場合は、ステップS603からステップS607までの処理手順が繰り返される(ステップS608)。
【0163】
次に、情報処理端末5は、切断面を指定する処理を行う(ステップS609)。この処理は、図16のステップS501からステップS507までの処理手順と同様に行われ、切断線93を含んで計測画面320に垂直な面が切断面に指定される。
【0164】
次に、情報処理端末5は、測定立体形状及び基準立体形状を切断面により切断して測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルを取得し(ステップS610)、平面に展開して計測画面320に表示する(ステップS611)。
【0165】
情報処理端末5は、注目領域の指定があれば(ステップS612)、注目領域内の測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルについて、差分値を算出し(ステップS613)、グラフを重畳させて表示する(ステップS614)。
【0166】
本実施の形態によれば、表示中の測定立体形状画像及び基準立体形状画像に対して位置を指定することにより、第1幾何要素及び第2幾何要素をそれぞれ特定して相対位置の変更が行われるため、測定立体形状及び基準立体形状の位置及び姿勢を一致させることができる。このため、表示直後に位置や姿勢が異なる立体形状であっても、同じように切断して断面形状を取得することができる。また、測定立体形状及び基準立体形状がそれぞれ測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルとして二次元の幾何学図形により表されるため、立体形状間に生じているずれの程度や位置を客観的に理解することができる。
【0167】
実施の形態3.
本実施の形態では、情報処理端末が、テンプレートに基づいて立体形状の寸法測定を自動的に行うテンプレート機能を有する場合について説明する。
【0168】
図30は、本発明の実施の形態3による三次元測定装置1の一構成例を示したブロック図であり、テンプレート機能を有する情報処理端末520が示されている。この情報処理端末520は、形状データ生成部521、形状データ記憶部522、立体形状表示部523、幾何要素抽出部524、寸法種別指定部525、寸法値算出部526、テンプレート記憶部527、位置関係特定部528、姿勢変更部529、基準平面指定部530、切断線指定部531及びプロファイル取得部532により構成される。
【0169】
形状データ生成部521は、測定対象物Wの立体形状を測定して測定立体形状データを生成し、形状データ記憶部522内に格納する。形状データ記憶部522は、略同一形状の複数の測定対象物Wについて寸法測定を繰り返す際の雛型とする雛型立体形状データを保持している。雛型立体形状データには、例えば、CADを用いて作成されたCADデータが用いることができる。なお、雛型立体形状データには、マスターピースを測定して取得された立体形状データ、或いは、過去に測定された立体形状データを用いてもよい。
【0170】
立体形状表示部523は、形状データ記憶部522から雛型立体形状データ及び測定立体形状データを読み出して表示部51を制御し、雛型立体形状画像及び測定立体形状画像を位置合わせ画面に表示する。雛型立体形状画像は、雛型立体形状データに基づいて作成され、測定立体形状画像は、測定立体形状データに基づいて作成される。
【0171】
幾何要素抽出部524は、表示中の雛型立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第1幾何要素を特定する。位置の指定は、キーボード52又はマウス53によるユーザ操作に基づいて行われる。また、幾何要素抽出部524は、表示中の測定立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第2幾何要素を特定する。
【0172】
寸法種別指定部525は、寸法種別の指定を受け付ける。寸法値算出部526は、表示中の雛型立体形状画像について寸法測定を行い、寸法値を求め、計測結果として出力する。
【0173】
テンプレート記憶部527は、雛型立体形状データと、雛型立体形状画像に対して行われた寸法測定のための操作手順とをテンプレートとして記憶する。操作手順には、雛型立体形状のどこをどのようにして測定するのかという情報が含まれ、例えば、測定箇所、幾何要素の形状、寸法種別のセットが操作順に保持される。
【0174】
位置関係特定部528は、テンプレート適用対象の測定立体形状データが取得されれば、雛型立体形状データ及び測定立体形状データの相対的な位置関係を特定する。この相対的な位置関係は、第1幾何要素及び第2幾何要素に基づいて特定される。つまり、雛形立体形状上の第1幾何要素と測定立体形状上の第2幾何要素とを空間内において重ね、位置及び姿勢を一致させるための条件として、相対的な位置関係が特定される。
【0175】
幾何要素抽出部524は、位置関係特定部528により特定された相対的な位置関係とテンプレート記憶部527内のテンプレートとに基づいて、測定立体形状上の幾何要素を特定する。寸法値算出部526は、位置関係特定部528により特定された相対的な位置関係とテンプレート記憶部527内のテンプレートとに基づいて、測定立体形状の寸法測定を行う。
【0176】
姿勢変更部529は、位置関係特定部528により特定された相対的な位置関係に基づいて、第1幾何要素及び第2幾何要素が一致するように、雛型立体形状及び測定立体形状の表示姿勢を相対的に変更する。例えば、雛型立体形状又は測定立体形状のいずれかの表示姿勢が変更される。なお、雛型立体形状及び測定立体形状の双方について表示姿勢を変更してもよい。立体形状表示部523は、表示姿勢変更後の雛型立体形状及び測定立体形状を重ねて表示する。寸法値算出部526は、計測開始の指示に基づいて、テンプレートに基づく測定立体形状の寸法測定を開始する。
【0177】
基準平面指定部530は、雛型立体形状に対し、立体形状を切断する際の基準とする平面を基準平面として指定する。姿勢変更部529は、基準平面を正対させるために、基準平面の法線が計測画面と直交するように、雛型立体形状を回転させる。また、姿勢変更部529は、基準平面を縦方向又は横方向に向けるために、基準平面の法線が計測画面の縦方向又は横方向と平行になるように、雛型立体形状を回転させる。
【0178】
切断線指定部531は、計測画面内における切断線の指定を受け付ける。プロファイル取得部532は、雛型立体形状データに基づいて、切断線を含んで計測画面に垂直な切断面により雛型立体形状を切断した場合の断面形状を表す雛型断面プロファイルを取得する。プロファイル取得部532は、回転後の雛型立体形状を切断面により切断して雛型断面プロファイルを取得する。寸法値算出部526は、この様な雛型断面プロファイルに基づいて、寸法測定を行う。
【0179】
寸法値算出部526は、テンプレートに基づく測定立体形状の寸法測定の後、幾何要素が指定されれば、該当する測定箇所について、測定立体形状の寸法測定を行い、寸法値を求める。
【0180】
<位置合わせ画面400>
図31は、図30の情報処理端末520における位置合わせ時の動作の一例を示した図であり、表示部51に表示される位置合わせ画面400が示されている。この位置合わせ画面400は、測定データ(測定立体形状データ)と雛型データ(雛型立体形状データ)との間で位置合わせを行うための操作画面である。
【0181】
位置合わせ画面400には、測定データを表示するための表示欄401と、雛型データを表示するための表示欄402と、測定データ及び雛型データを共通の座標系で表示するためのプレビュー欄403等が設けられている。
【0182】
測定データ及び雛型データの位置合わせは、測定立体形状上の位置を指定して第2幾何要素を抽出させ、雛型立体形状上の位置を指定して第1幾何要素を抽出させた後、OKボタン404を操作することによって行われる。幾何要素による位置合わせが完了した後、計測開始を指示すれば、テンプレートに基づく寸法測定が開始される。
【0183】
<計測画面410>
図32は、図30の情報処理端末520におけるテンプレート適用時の動作の一例を示した図であり、表示部51に表示される計測画面410が示されている。この計測画面410は、テンプレートに基づく寸法測定の後に表示される操作画面であり、メニュー欄411には、計測種別を指定するための種別ボタン412が設けられ、選択された計測種別に応じたタブ413が配置されている。
【0184】
計測種別には、3D計測、幾何公差、3D比較、断面比較、断面計測及び平面計測がある。3D計測では、立体形状について、幾何要素を特定し、幾何要素間の距離や角度が測定される。断面比較では、測定立体形状及び基準立体形状から測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルをそれぞれ取得して断面プロファイル同士が比較される。断面計測では、立体形状から断面プロファイルを取得して寸法測定が行われる。
【0185】
同一種別の計測は、タブ413によって管理され、タブ413を切り替えれば、計測内容も切り替えられる。なお、同一種別の計測であっても、新たに種別ボタン412を操作すれば、タブ413が新たに作成される。その他の構成は、図13に示した計測画面9と同様である。
【0186】
図33及び図34のステップS701〜S714は、図30の情報処理端末520におけるテンプレート適用時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、情報処理端末520は、テンプレートを読み込み(ステップS701)、測定データ(測定立体形状データ)とともに位置合わせ画面400に表示する(ステップS702)。
【0187】
次に、情報処理端末520は、表示中の雛型立体形状に対し、位置が指定されれば(ステップS703)、第1幾何要素を特定する(ステップS704)。次に、情報処理端末5は、表示中の測定立体形状に対し、位置が指定されれば(ステップS705)、第2幾何要素を特定する(ステップS706)。
【0188】
情報処理端末520は、特定した第1幾何要素及び第2幾何要素に基づいて、雛型立体形状及び測定立体形状間の相対的な位置関係を特定する(ステップS707)。次に、情報処理端末5は、第1幾何要素及び第2幾何要素が一致するように、雛型立体形状及び測定立体形状の表示姿勢を相対的に変更する(ステップS708)。なお、治具などを用いて測定対象物Wを設置する位置を毎回完全に一致させる場合は、この相対位置合わせの手順をスキップすることができる。
【0189】
情報処理端末520は、計測開始が指示されるまで、ステップS703からステップS708までの処理手順を繰り返す(ステップS709)。次に、情報処理端末520は、計測開始が指示されれば、テンプレート及び相対的な位置関係に基づいて、寸法測定を行い(ステップS710)、計測結果を計測画面410に表示する(ステップS711)。
【0190】
次に、情報処理端末520は、データ欠損等による測定エラーがあれば(ステップS712)、該当箇所について再度測定を行い(ステップS714)、計測結果を計測画面410に表示する(ステップS711)。また、情報処理端末520は、測定箇所の追加が指示されれば(ステップS713)、再度測定を行い(ステップS714)、計測結果を計測画面410に表示する(ステップS711)。
【0191】
本実施の形態によれば、雛型立体形状データと雛型立体形状画像に対して行われた寸法測定のための操作手順とがテンプレートとして記憶されるため、測定対象物Wごとに、測定箇所の幾何要素や寸法種別を指定する手間を省くことができる。また、表示中の雛型立体形状画像及び測定立体形状画像に対して位置を指定することにより、第1幾何要素及び第2幾何要素を特定して雛型立体形状データ及び測定立体形状データの相対的な位置関係が特定されるため、測定立体形状から測定箇所の幾何要素を正確に特定して寸法測定を行うことができる。
【0192】
また、雛型立体形状及び測定立体形状が重ねて表示されるため、第1幾何要素及び第2幾何要素による位置合わせの適否を容易に識別することができる。また、計測開始の指示に基づいて、テンプレートに基づく測定立体形状の寸法測定が開始されるため、第1幾何要素及び第2幾何要素による位置合わせが適切でないにもかかわらず、テンプレートに基づく測定立体形状の寸法測定が行われるのを防止することができる。
【0193】
なお、本実施の形態では、ヘッド部20が1つの受光部25と2つの投光部24とを備える場合の例について説明したが、本発明は、ヘッド部20の構成をこれに限定するものではない。例えば、ヘッド部が1つの受光部25と1つの投光部24とを備え、或いは、ヘッド部が2つの受光部25と1つの投光部24とを備える場合にも本発明は適用可能である。
【0194】
また、本実施の形態では、ヘッド部20とステージ保持部22とが固定的に連結される場合の例について説明したが、ヘッド部20とステージ保持部22とが分離可能であってもよい。
【符号の説明】
【0195】
1 三次元測定装置
2 測定部
20 ヘッド部
21 ステージ
211 ステージプレート
212 ステージベース
22 ステージ保持部
23 回転駆動部
24 投光部
25 受光部
25a,25b 撮像部
26 テクスチャ照明出射部
27 制御基板
28 連結部
3 ライトガイド
4 コントローラ
41 テクスチャ光源
42 制御基板
43 電源
5 情報処理端末
51 表示部
52 キーボード
53 マウス
6,9 計測画面
7 マウスポインタ
8 基準平面
10 測定制御部
11 形状データ生成部
12 形状データ記憶部
13 表示制御部
14 基準平面抽出部
15 姿勢変更部
16 切断線指定部
17 断面プロファイル取得部
18 断面計測部
19a 幾何要素抽出部
19b エッジ抽出部
500 情報処理端末
501 形状データ生成部
502 形状データ記憶部
503 立体形状表示部
504 幾何要素抽出部
505 相対位置変更部
506 プロファイル取得部
507 プロファイル記憶部
508 プロファイル表示部
509 プロファイル比較部
510 注目領域指定部
511 基準平面指定部
512 姿勢変更部
513 切断線指定部
514 断面計測部
520 情報処理端末
521 形状データ生成部
522 形状データ記憶部
523 立体形状表示部
524 幾何要素抽出部
525 寸法種別指定部
526 寸法値算出部
527 テンプレート記憶部
528 位置関係特定部
529 姿勢変更部
530 基準平面指定部
531 切断線指定部
532 プロファイル取得部
J1,J11,J12 受光軸
J2,J3 投光軸
J4 回転軸
W 測定対象物
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
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図9
図10
図11
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図31
図32
図33
図34